本文從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面論述了礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案，指出該 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現對遠程煤礦生產(chǎn)的煤炭產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、數據傳輸，既提高了工作效率，又保 證了煤炭產(chǎn)量計量準確。同時(shí)，由于使用該系統能夠節約網(wǎng)絡(luò )資源、降低費用、系統改造維護簡(jiǎn)單、不影響電子衡器的正常使用。因此，具有較好的推廣。

一、引言

在煤礦開(kāi)采中，普遍存在著(zhù)生產(chǎn)礦井分散、 遠離集團公司總部，少則幾十公里、多則上千公 里（如異地辦礦等），給遠程煤礦生產(chǎn)和銷(xiāo)售的煤 炭計量管理和及時(shí)傳送稱(chēng)重數據帶來(lái)了極大的困 難。利用射頻識別（RFID、GPRS和3G無(wú)線(xiàn)通 訊新技術(shù)構建的礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現對遠程礦 山產(chǎn)量稱(chēng)重計量的實(shí)時(shí)監控。通過(guò)GPRS將遠程生 產(chǎn)的煤炭產(chǎn)量計量情況以視頻和數據的形式實(shí)時(shí) 地傳送到集團公司總部監控中心，供總部領(lǐng)導和 有關(guān)部門(mén)查詢(xún)、處理和決策。同時(shí)，監控中心還 可以通過(guò)GPRS向遠程礦山的稱(chēng)重站點(diǎn)發(fā)布指令。 由于該系統使用無(wú)線(xiàn)資源、不受地理環(huán)境的影響、 節約了有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )資源、降低了費用，系統改造、 維護簡(jiǎn)單、不影響地磅的正常使用。因此， 具有較好的推廣價(jià)值。

物聯(lián)網(wǎng)是以移動(dòng)技術(shù)為代表的普適計算、泛 在網(wǎng)絡(luò )，被稱(chēng)為繼計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后 信息技術(shù)的第三次革命；而物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、 識別技術(shù)與普適計算、泛在網(wǎng)絡(luò )的融合應用，被 認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的第三次浪潮。“物聯(lián)網(wǎng)”是當前最具發(fā)展潛力的產(chǎn)業(yè)之一，一方面可以提高經(jīng)濟效益，大大節 約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟的復蘇提供技 術(shù)動(dòng)力。因此，美國、加拿大、英國、德國、芬 蘭、意大利、日本、韓國等國家目前都在投入巨 資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。據工業(yè)和信息化部預測， 在我國，物聯(lián)網(wǎng)將有力帶動(dòng)傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級， 引領(lǐng)戰略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現經(jīng)濟結構的戰 略性調整，引發(fā)社會(huì )生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展方式的深度 變革，具有巨大的戰略增長(cháng)潛能，是后危機時(shí)代 經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng )新的戰略制高點(diǎn)，已經(jīng)成為各 個(gè)國家構建社會(huì )新模式和重塑?chē)议L(cháng)期競爭力的 先導力。地磅是我國各行各業(yè)以及人們貿易、生 活必不可少的重要的計量器具，是物聯(lián)網(wǎng)重要的 檢測終端。因此，我們要牢牢把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展機遇，加快稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng )新發(fā)展。

“物聯(lián)網(wǎng)” 一詞的英語(yǔ)表達方式是“Internet of Things ”，可譯成物的互聯(lián)網(wǎng)。目前，業(yè)界對“物 聯(lián)網(wǎng)”還沒(méi)有一個(gè)完全統一的概念，但普遍認 “物聯(lián)網(wǎng)”是通過(guò)射頻識別（RFID、紅外感應器、 全球定位系統（GPS、激光掃描器、環(huán)境傳感器、 圖像感知器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把 任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管 理的一種網(wǎng)絡(luò )。根據上述定義，按照網(wǎng)絡(luò )內數據 的流向及處理方式將物聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層次：

(1） 感知層

數據采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā) 生的物理事件和數據，包括各類(lèi)物理量、標識、 音頻、視頻數據。物聯(lián)網(wǎng)的數據采集涉及傳感器、 RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技 術(shù)，實(shí)現對“物”或環(huán)境狀態(tài)的識別。

(2）網(wǎng)絡(luò )層

實(shí)現更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的 信息無(wú)障礙、高可靠性、 需要傳感器網(wǎng)絡(luò )與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相 融合。通過(guò)現有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者 下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6，實(shí)現數據的傳輸和計算。

(3)應用層

主要包含應用支撐平臺子層和應用服務(wù)子層。

其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應 用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應用，如輸入輸出控 制終端，包括電腦、手機、地磅等測量?jì)x器 終端，物聯(lián)網(wǎng)結構圖如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知（傳感）接口中央處理模塊和外部通訊接口三個(gè)部分組成，通 過(guò)外圍感知接口與傳感設備連接，如RFID讀卡 器，紅外感應器，環(huán)境傳感器等，將這些傳感設 備的數據進(jìn)行讀取并通過(guò)中央處理模塊處理后， 按照網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，通過(guò)外部通訊接口，如：GPRS模 塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指 定中心處理平臺。物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡(luò )層和 傳輸網(wǎng)絡(luò )層的中間設備，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設備， 通過(guò)它的轉換和采集，才能將各種外部感知數據 匯集和處理，并將數據通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò )接口方式傳 輸到互聯(lián)網(wǎng)中。如果沒(méi)有它的存在，傳感數據將 無(wú)法送到指定位置，“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復存在。 根據分類(lèi)方法的不同，物聯(lián)網(wǎng)終端的種類(lèi)也不相 同。主要網(wǎng)絡(luò )終端的種類(lèi)，如表1所示。

二、礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方案 礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)是集現代數字電子稱(chēng)重技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、遠程數字視頻技術(shù)、GPRS和 3G無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)于一體的現代信息智能 稱(chēng)重系統。它主要由數字電子衡器（軌道衡、汽 車(chē)衡、電子皮帶秤等），紅外攝像儀、數據/視頻 通訊模塊、GPRS模塊、數據服務(wù)器和計算機應用 軟件組成，其系統組成如圖2所示。

礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)的工作過(guò)程是遠程數字地磅用來(lái)對煤炭產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測數 據進(jìn)行顯示、打印、存儲，然后通過(guò)RS232、 RS485接口傳入遠程數據終端（數據通訊模塊）。 與此同時(shí)，紅外攝像儀將整個(gè)稱(chēng)量過(guò)程進(jìn)行拍攝， 并將拍攝的圖像信息傳入遠程視頻終端(視頻通訊 模塊)。產(chǎn)量和圖像數據適時(shí)地分別通過(guò)數據/視 頻通訊模塊傳送到GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng) 絡(luò )一方面可以通過(guò)Internet進(jìn)入公司總部監控中心 的服務(wù)器，供集團公司領(lǐng)導和管理部門(mén)通過(guò)計算 機來(lái)查詢(xún)煤炭產(chǎn)量；另一方面，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也可以

將數據送給手機用戶(hù)，使得集團公司相關(guān)領(lǐng)導通 過(guò)3G手機隨處都能得到煤炭產(chǎn)量的信息。

GPRS終端采用符合工業(yè)應用標準的GPRS無(wú) 線(xiàn)DTU/GPRS模塊GF- 2008w。該通信模塊是一款 專(zhuān)門(mén)為需要無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)數據傳 輸協(xié)議轉換器。它實(shí)現了無(wú)線(xiàn)GSM協(xié)議棧的轉 換，與之相連的終端設備無(wú)需支持GMS協(xié)議處理 能力，數據傳輸時(shí)只需通過(guò)串口向DTU/GPRS發(fā) 送串口格式數據，DTU/GPRS會(huì )自動(dòng)地加上GSM 無(wú)線(xiàn)通信的協(xié)議，把串口數據包轉換成GSM無(wú)線(xiàn) 通信的協(xié)議數據包，把數據傳輸到目的主機；同 時(shí)對方主機通過(guò)無(wú)線(xiàn)GSM發(fā)送過(guò)來(lái)的數據通過(guò) DTU/GPRS協(xié)議轉換后，也以透明的串口數據方式 傳回給中心站主機。只要提供RS-232接口的設備 都可以通過(guò)DTU/GPRS實(shí)現無(wú)線(xiàn)GSM數據傳輸。 終端設備和DTU/GPRS間交互采用簡(jiǎn)單的串口包 格式，所有的GSM協(xié)議棧協(xié)議都由DTU/GPRS完 成轉換。通過(guò)DTU/GPRS實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸功能。

監控中心的數據服務(wù)器主要用來(lái)對遠程監控 終端傳來(lái)的數據和圖象信息進(jìn)行存儲、處理并供 有關(guān)人員查詢(xún)。應用軟件為多媒體數據的傳輸、 存儲、查詢(xún)和更新提供技術(shù)支持。

三、礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)GPRS

GPRS是一種比較時(shí)髦的無(wú)線(xiàn)通訊方法。用這 種方法可以做到設備的實(shí)時(shí)在線(xiàn)無(wú)縫連接。GPRS 的英文全稱(chēng)為 General Packet Radio Service，其中 文含義為通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)，它是利用“包交換” (Packet- Switched的概念所發(fā)展出的一套無(wú)線(xiàn)傳 輸方式。所謂的包交換就是將Date封裝成許多獨 立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形 式上有點(diǎn)類(lèi)似寄包裹，采用包交換的好處是只有 在有資料需要傳送時(shí)才會(huì )占用頻道，而且還以傳 輸的資料量計價(jià)，這對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是比較合理的計 費方式，因為像Internet這類(lèi)的數據傳輸大多數的時(shí)間頻道是閑置的。此外，GPRS是基于GSM網(wǎng) 絡(luò )的，在GSM phase 2的標準里，GPRS可以提供 四種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別具有 提供不同的錯誤保護（Error Protection)能力。利 用四種不同的編碼方式，每個(gè)時(shí)槽可提供的傳輸 速率為 CS-1 (9.05K、CS-2 (13.4K、CS-3 (15.6K)及CS-4 (21.4K，其中CS-1的保護最為 嚴密，CS-4則是完全未加以任何保護。每個(gè)用戶(hù) 最多可同時(shí)使用八個(gè)時(shí)槽，所以GPRS號稱(chēng)最高傳 輸速率為171.2K。

GPRS可快速接入數據網(wǎng)絡(luò )。它在移動(dòng)終端和 網(wǎng)絡(luò )之間實(shí)現了 “永遠在線(xiàn)”的連接，網(wǎng)絡(luò )信道 只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。GPRS的實(shí)際速 度典型值比理論速度慢，介于14.4至43.2kbps(上 下行非對稱(chēng)速率)之間。GPRS將是第一個(gè)實(shí)現移 動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)接入的標準，也是邁向3G/UMTS的 過(guò)程。

GPRS移動(dòng)用戶(hù)可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)自己的虛擬專(zhuān)用 網(wǎng)絡(luò )(VPN)，而不是每次都需要撥號上網(wǎng)，從而為 用戶(hù)提供更加簡(jiǎn)單的應用服務(wù)。因此，采用移動(dòng) GPRS技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )數據傳送，費用低，使用方 便，不受地域限制，便于業(yè)務(wù)發(fā)展，具有很好的 發(fā)展趨勢。由于使用了 “分組”的技術(shù)，用戶(hù)上 網(wǎng)可以免受斷線(xiàn)的痛苦（情形大概就跟使用了下 載軟件NetAnts差不多）。此外，使用GPRS上網(wǎng) 的方法與WAP并不同，用WAP上網(wǎng)就如在家中 上網(wǎng)，先“撥號連接”，而上網(wǎng)后便不能同時(shí)使用 該電話(huà)線(xiàn)，但GPRS就較為優(yōu)越，下載資料和通話(huà) 是可以同時(shí)進(jìn)行的。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，聲音的傳送 (即通話(huà)）繼續使用GSM，而數據的傳送便可使用 GPRS，這樣的話(huà)，就把移動(dòng)電話(huà)的應用提升到一 個(gè)更高的層次，而且發(fā)展GPRS技術(shù)也十分“經(jīng) 濟”，因為只須沿用現有的GSM網(wǎng)絡(luò )來(lái)發(fā)展即可。 GPRS的用途十分廣泛，包括通過(guò)手機發(fā)送及接收 電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等。

綜上所述，GPRS傳輸數據的特點(diǎn)主要表現在 以下五個(gè)方面：（1）相對GSM撥號方式的電路 交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有 “高速”的優(yōu)點(diǎn)；（2除了速度上的優(yōu)勢，GPRS 還有“在線(xiàn)”的特點(diǎn)，即用戶(hù)隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián) 系。 有數據傳送時(shí)就在無(wú)線(xiàn)信道上發(fā)送和接受數 據，沒(méi)有數據傳送，終端就進(jìn)入一種“準休眠” 狀態(tài)，釋放所用的無(wú)線(xiàn)頻道給其他用戶(hù)使用，這 時(shí)網(wǎng)絡(luò )與用戶(hù)之間還保持一種邏輯上的連接，當 用戶(hù)再次傳送時(shí)，手機立即向網(wǎng)絡(luò )請求無(wú)線(xiàn)頻道 用來(lái)傳送數據，不需頻繁撥號；（3) GPRS數據 傳輸是雙向的，且可以傳輸批量數據，對礦山稱(chēng) 重來(lái)說(shuō)還可以實(shí)現固態(tài)存儲數據無(wú)線(xiàn)下載，這一 個(gè)特點(diǎn)是超短波、GSM短信、PSTN以及衛星通信 所不能替代的；（4 ）GPRS是基于數據分組傳送 的，能提供連續不間斷的數據通信業(yè)務(wù)，具有比 SMS更好的數據傳送速度和能力，且能夠始終在 線(xiàn)，通信費用是按照實(shí)際傳送的數據字節進(jìn)行結 算的，運行費用低；（5） GPRS服務(wù)范圍廣，可用 于移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)信息服務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和多媒 體業(yè)務(wù)等方面。

四、結語(yǔ)

目前，物聯(lián)網(wǎng)終端的規模推廣主要局限在國 家重點(diǎn)工程的安保、物流領(lǐng)域，礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng) 的應用才剛剛起步。通過(guò)該物聯(lián)網(wǎng)在遠程礦山產(chǎn) 量監控系統中的應用，一方面實(shí)現了對遠程礦山 產(chǎn)量的多媒體監控，加強了企業(yè)計量管理，提高 了工作效率；另一方面，與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和GSM方式 相比，節約了費用。另外，根據國家關(guān)于“有國 家公網(wǎng)可以利用的，盡量不要建設自己的專(zhuān)網(wǎng); 有無(wú)線(xiàn)信道可利用的，不要使用有線(xiàn)信道”的要 求，稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)的使用還有利于節約我國的信息 資源，也是我們創(chuàng )建節約型社會(huì )和資源節約型企 業(yè)的具體體現。因此，隨著(zhù)現代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深 入發(fā)展，礦山稱(chēng)重物聯(lián)網(wǎng)必定會(huì )得到蓬勃發(fā)展。